IoT 기반 스마트시티 구축동향 ⑤

2. IoT 기반 스마트시티 추진 동향

2) 요소기술기반 스마트시티 인프라 구축 방향

제 4차 산업혁명의 성패는 인간의 삶과 관련된 거의 모든 사회경제적 기능들과 문제들이 초밀집 되어 있는 도시공간에서 어떻게 초연결∙초지능∙초융합의 새로운 ‘만물지능도시인프라’를 구축하고 그 위에서 지금까지 도시의 근본적인 한계였던，다음 표와 같은 다양한 유형의 반지능을 제거하여 완전히 차원이 다른，보다 더 지능적인 ‘스마트시티(Smart City)’를 구현하는가에 달려 있다고 할 수 있다.

표. 도시에서의 8가지 반지능 유형

반지능	반지능의 속성
불접속	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 단절되어 있고, 연결되어 있지 않아 어떤 형태의 정보 공유나 상호작용도 하지 못하는 상태
불통	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 서로 실시간 의사와 상황정보를 주고받을 수 없는 상태
불협	도시에 존재하는 사람, 공간 사물, 시스템들이 각자가 가지고 있는 기능과 지식 등을 공동체의 목표 달성이나 문제 해결에 사용하지 않고 어긋나 있는 상태
불신	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 각자가 가지고 있는 기능과 지식 등을 공동체의 목표 달성이나 문제 해결에 사용하지 않고 어긋나 있는 상태
불능	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 시간과 장소 등의 한계로 상황에 따라 주어진 기능과 의도대로 대처하거나 움직일 수 없는 상태
부정	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템들이 실시간 모니터링, 평가되지 않아 사회경제적으로 바람직하지 않거나 정해진 규칙에 어긋나는 행위가 발생하는 것 (예: 교통신호 위반 등)
불균형	도시에 존재하는 사람, 공간 사물, 시스템들로 이루어지는 무수히 많은 활동이 시간적, 공간적, 기능적으로 균형을 이루지 못하고 혼잡, 초과, 부족, 불안, 붕괴 등 정상적이지 못한 상태에 빠짐 (예: 수요-공급 간 불균형 등)
불확실	도시에 존재하는 사람, 공간, 사물, 시스템에 미래의 재난이고 사고, 범죄 같은 사건이 언제, 어디서, 어떻게 발생할 것인가를 예측할 수 없는 상태 (예: 터널 붕괴 등)

출처: 국립한국교통대학교 국토 제419호 [스마트도시 첨단 인프라의 체계적 도입방안], 2016. 9

우리나라 도시에서 위험을 증폭시키고，삶의 불편함과 도시 관리의 비효율을 초래하는 반지능성 유형으로는 불접속, 불통，불협，불신, 불능，부정，불확실，불균형 등 8가지를 꼽을 수 있다. 이들 반지능성은 개별적으로，또는 복합적으로 연결되어 초래되기도 하는데，이중 어느 것 하나만으로도 도시에서 대형 재난 같은 심각한 문제를 초래할 수 있으며 도시민의 삶을 치명적인 위험에 빠뜨릴 수 있다.

제 4차 산업혁명시대의 스마트도시는 단순히 도시에 새로운 정보통신기술을 적용하는 것 그 이상의 문명사적 의미를 갖는다. 즉 스마트도시는 도시의 반지능성을 제거하고 도시에서의 사회 경제적 활동을 최적화하여 도시민의 삶의 질을 최고 수준으로 높이는 인류역사상 가장 위대한 발명인 도시문명의 정점(頂點)을 향해 가는 붕정만리 (廳程萬里)의 길이라고 할 수 있다∙

(1) 인프라 중의 인프라: CPND 통합 기반 구축 방향

스마트도시 인프라는 스마트도시의 모든 사람，사물, 공간의 초연결，초지능，초융합을 실현 하는 콘텐츠(Contents), 플랫폼(Platform), 네트워크(Network)，디바이스(Device) 등 네 개의 기반 계층들이 하나로 통합된 기반(CPND Infra) 체계라고 할 수 있다(하원규 외，2015). 이 스마트도시의 CPND 통합 기반 인프라가 제4차 산업혁명 시대에는 도시의 가장 핵심적인 ‘인프라 중의 인프라(infrastructure of infrastructures)’가 되는 것이며, 앞에서 언급된 도시의 반지능성을 제거할 수 있는 토대라고 할 수 있다. 도로, 철도, 전기，가스, 상하수도 등과 같은 도시의 전통적인 모든 기반시설부터 개별적인 공간이나 사물들에 이르기까지 스마트도시를 구성 하는 모든 물리적 요소들이 초연결∙초지능∙초융합되기 위해서는 CPND 통합 기반의 구축이 전제 되어야만 가능하다고 할 수 있다.

그림. 스마트도시 인프라의 CPND 기반

출처: 국립한국교통대학교 국토 제419호 [스마트도시 첨단 인프라의 체계적 도입방안], 2016.9

CPND 통합 기반에서 콘텐츠(C) 계층은 센서 같은 무수한 디바이스 등에 의해 수집된 도시 만물의 상황정보를 축적하고 있는 빅데이터와 클라우드(cloud)를 의미한다. 이러한 빅데이터∙클라우드 기반의 콘텐츠는 인류가 지금까지 알지 못했던 도시에 대한 새로운 지식과 도시문제 해결 및 솔루션을 제공해 줄 수 있으며, 또 다른 지식을 학습할 수 있게 해줄 것 이다. 복잡한 도시에서 자동차의 자율주행이 가능하도록 해주는 것은 인공지능이 센서로부터 실시간 상황을 인식하는 것보다는 도로와 운전에 관련된 모든 빅데이터 정보를 담고 있는 이미 구축된 클라우드를 기반으로 분석, 학습함으로써 가능해진다. 그러나 스마트도시 인프라로서 콘탠츠 계층은 우리나라의 스마트도시 구축과 관련하여 가장 취약한 부분이라고 할 수 있다. 즉 정부 3.0에 의해 오픈 데이터 기반의 공공정보는 잘 구축되어 있으나 도시의 모든 상황정보를 주축으로 수집된 빅데이터와 그 클라우드 기반은 매우 열악한 수준이라고 할 수 있다. 구글(google)이 거대한 상황정보 클라우드를 기반으로 자율주행자동차 시대를 주도해 나가고 있는 것처럼 그 자체가 실시간 지능형서비스가 될 수 있는 콘텐츠 기반을 구축해 나가야 한다.

플랫폼(P) 계층은 사람의 행동이 뇌와 육체의 동조를 통해 이루어지는 것처럼 지능화된 모든 응용서비스를 가능하게 하는 실제 세계와 가상 세계의 지연 없는 동조화가 이루어지는 연동기반을 의미한다. 도시의 반지능성은 대부분 실제 세계와 가상 세계의 단절과 괴리에서 초래된 것들이다. 예를 들어 폭우가 내려 지하차도가 침수되었을 경우 상황이 실시간으로 탐지∙감시되지 못해 그 정보가 도로를 주행하는 모든 운전자에게 제공되지 않거나 차단기가 내려가지 않는다면 사고를 피할 수 없을 것이다. 반대로 실제 세계와 가상 세계가 쌍둥이처럼 연동된다면 침수상황을 감지한 차단기가 스스로 내려가거나 가상의 재난대응시스템에서 상황실 근무자가 가상시스템 상 에서 차단기를 내리면 실제의 차단기도 연동되어 내려갈 수 있게 된다. 스마트폰으로 언제, 어디서나 비닐하우스 내 채소에 물을 주거나 환기구를 개폐하는 것도 가능해진다. 스마트도시를 구현하기 위해서는 도시의 다양한 기능에 최적화된 IoT 기반의 가상실제서비스(CPS) 플랫폼을 적극적으로 구축하여야 한다.

네트워크(N) 계층은 무수히 많은 사람，사물, 기계, 부품，센서 등 모든 것을 신경망처럼 연결하는 지능화된 통신망을 의미한다. 네트워크는 방대한 개수의 IoT 센서 디바이스를 제한 없이 연결하여 실시간으로 상황정보를 수집하는 동시에 클라우드와 연동해서 지연 없이 빅데이터를 분석해낼 수 있는 지능형 네트워크를 말한다. 스마트도시 인프라로서 네트워크는 공기와 같이 도시의 어느 곳에서도 능동적이고 유연한 접속이 가능하도록 구축되어야 하며, 만물인터넷을 지향해 나가야 한다. 앞으로 통신지 연이 전혀 없는 제로상황을 지향하는 5G 모바일 같은 새로운 네트워크 기술이 계속해서 등장할 것이므로 스마트도시의 네트워크 인프라는 증폭되는 접속 요구 에 능동적으로 대응할 수 있는 지능화된 유기체로 진화해 나가야 한다.

디바이스(D) 계층은 휴대단말부터 로봇(robot)이나 눈에 보이지 않을 정도로 작은 센서 (sensor)에 이르기까지 도시 곳곳의 공간과 사물에 스며들어 실시간으로 상황을 인식하고, 정보를 연계하고，작동하는 초연결∙초지능 상태에 있는 모든 기기를 의미한다. 사람, 사물, 공간이 연결 되고 지능화되어 간다는 것은 바로 이 무수한 디바이스로 이루어진다. 도시 전체의 모든 곳에 공기처럼 스며들어 있는 수조 개의 방대하고 다양한 센서가 서로 협력하여 도시의 교통, 기상, 재난, 환경，생태，산업경제，생활 등과 관련된 모든 상황정보를 수집할 수 있는 디바이스 기반의 구축은 스마트도시를 실현해 나가는 필연조건이라고 할 수 있다.

(2) 도시기반시설의 초연결-초지능-초융합화

스마트도시 구현을 위한 첨단 인프라의 완성은 CPND의 4대 기반계층이 구축되고 그 위에서 모든 도시기반시설의 초연결-초지능-초융합이 실현되면 도시의 반지능 문제가 완전히 해결될 수 있을 것이다. 도시기반시설의 지능화는 그 자체가 도시 전체의 정상적인 기능 제고를 위해 필요하다. 그렇게 함으로써 도시민의 삶을 더욱 편리하고 안전하게 하며, 도시산업경제 활동의 경쟁력을 강화하기 위해서도 매우 중요한 과제라고 할 수 있다. 특히 도시기반시설은 도시 기능에 서 차지하는 비중이 크고, 대다수 도시민의 생활 및 경제활동이 이루어지는 중추적인 인프라라고 할 수 있기 때문에 이들 시설들을 모두 네트워크로 연결하고, 인공지능 기술 등을 적용하여 지능화 하며. CPS 플랫폼을 통해 초 융합화하는 것이 매우 중요하다.

도시기반시설을 지능화하기 위해서는 가장 먼저 시설의 특성에 맞는 지능화의 수준과 방향을 목표로 설정해야 한다. 즉, 각 시설 별로 요구되는 모니터링 수준，상황 인식 및 제어 수준，상황 분석 및 최적화 수준,

그리고 상황 판단에 따른 자율적 제어 수준을 구축 목표로 설정하여야 한다. 비용 부담을 가중시키는 과잉 지능화나 반지능성을 제거할 수 없는 과소 지능화가 초래되지 않도록 매칭하는 것이 중요하다. 이는 시설 별로 요구되는 기능을 최대한 발휘하고 이용자들의 안전과 편의성 도모, 그리고 시설의 유지관리 비용을 최소화한다는 효율성의 원칙에 적합하여야 한다는 것이다. 시설에 따라 부족하지 않고, 지나치지도 않은 수준에서 지능화의 수준을 판단, 결정하고 이를 실행계획을 통해 구축해 나가야 한다는 것이다.

다음 그림에서 보는 바와 같이 도시기반시설 중에서 교통 시설, 유통∙공급시설，방재시설, 환경기초시설 같은 경우는 세부 시설 별로 다르겠지만 원칙적으로 그 특성상 모니터링, 상황 인식 및 제어, 상황 분석 및 최적화, 그리고 상황판단에 따른 자율적 제어 등 모든 수준의 지능화가 검토되어야 한다.

그러나 광장∙공원∙녹지 등과 같은 공간시설은 시설 내 공간에서 발생하는 상황 (화재나 범죄사고 발생) 등을 실시간 모니터링 하여 대응하는 것만으로도 충분한 수준의 지능화를 실현한 것이라고 할 수 있다. 물론 이러한 시설 별 지능화 수준을 결정하기 위해서는 매우 다양한 시각과 투자를 통해 기술적, 법제도적, 경제적，계획적 분석과 검토가 요구된다.

그림. 도시기반시설의 지능화 구현 수준 매칭 구도

출처: 국립한국교통대학교 국토 제419호 [스마트도시 청단 인프라의 체계적 도입방안], 2016. 9

(3) 스마트시티 인프라 투자 추진 이슈 및 개선방향

우리나라는 국가전략 프로젝트로 스마트시티를 선정하였다. 스마트시티를 수출 상품으로 육성하여 2025년까지 해외 수주액의 30%를 도시개발 분야에서 차지하겠다는 목표다. 이를 위해서는 건설기술을 에너지, 정보통신, 친환경기술 등과 융▪복합하여 도시에서 쇼케이스(Showcase) 로 보여질 수 있고, 그 결과를 인덱스(Index)화하여 스마트시티를 확대 투자할 수 있도록 해야 할 것이다.

첫째, 기반 인프라 측면에서 보면 도로 인프라 등은 기존 건설기준에 따라 계속 정비되고 있다. 그러나 ICT 융합 인프라 투자는 시범사업에 그치거나 상대적으로 왜소하다. 그 이유는 Internet of Infrastructure(건설 인프라 자체에 Embedded된 스마트시티 기술) 등 스마트시티 개념에서 업그레이드된 국가건설기준이 없기 때문이다.

둘째, 정보처리 기술변화 측면에서 상대적으로 너무 빠른 기술 진보로 인해 기존 공공정보 인프라센터의 하드웨어와 소프트웨어의 업그레이드가 쉽지 않다. IaaS, SaaS, PaaS 등 클라우딩 (Clouding) 기술을 활용하여 시스템 간 연계 통합이 원활한 스마트시티 플랫폼을 구축해야 한다.

셋째, 사회 환경 측면에서 많은 이해 관계자(시민，관계기관 등)에게 서비스를 제공하고 스마트시티 의사 결정자들에게 새로운 기술 도입에 대한 설득이 곤란하다. 정보 지식으로서의 인프라 (Infrastructure as a Information and Knowledge)를 구축해야 한다. 여기에는 시민 참여，협상 등 쌍방향 기술에 기초한 거버넌스(Governance) 및 건설관리 (Construction Management) 기술이 있다.

넷째, 재정 확보 측면에서 도로 인프라 등은 기존 건설기준에 따라 대규모 투자가 계속되고 있다. 그러나 ICT 융합인프라에 대한 투자 재정은 상대적으로 왜소하다. 이는 ICT 개념이 결합된 인프라 투자 평가지표가 마련되지 못했기 때문이다.